Атомная бомба или джинн выпущен из бутылки.(1часть)

В августе 1942 года официально начался Манхэттенский проект по созданию атомной бомбы и джинн был выпущен из бутылки. В 5:29:45 утра 16 июля 1945 года на полигоне в Нью-Мексико во время операции «Тринити» взорвался первый плутониевый заряд «Гаджет».

Так что же такое ядерный взрыв?

Действие ядерного оружия обусловлено ядерной реакцией при термоядерной реакции, цепной реакцией деления тяжелого ядра с использованием определенных изотопов урана или плутония и цепной реакцией синтеза более легкого ядра в более тяжелое с использованием изотопы водорода. Он основан на энергии, выделяемой внутри. .

Возникновение любого типа ядерного взрыва начинается с цепной реакции ядерного деления. Энерго-носные осколки деления, нейтроны, бета-частицы и гамма-лучи, выделившиеся при взрыве, взаимодействуют с атомами непрореагировавшей части заряженного вещества, передавая атомам большую часть энергии и повышая температуру на десятки миллионов градусов. Производить. , зона реакции.

В случае ядерного взрыва происходит поразительно быстрый (менее чем за микро-секунду) всплеск энергии. Температура в зоне реакции взлетает до десятков миллионов градусов, а давление стремительно возрастает примерно до 1 миллиарда атмосфер. Сверкающая ошеломляющим блеском и резонирующая с громовыми отголосками, материализуется ослепительная вспышка, рождающая обжигающий огненный шар. Эта огненная сфера впоследствии взрывается при ударе о землю, порождая сферический ад, который постепенно рассеивается за считанные секунды. Удивительным образом превращаясь в бурлящий грибовидное облако, он поднимает бесчисленные тонны измельченной радиоактивной почвы на огромную высоту. Примечательно, что это облако может перемещаться на сотни километров от точки своего происхождения.

Обычно мощность ядерного оружия оценивается путем сравнения ее с энергией, выделяемой тротилом. Это сравнение, известное как тротиловый эквивалент, определяет количество обычного взрывчатого вещества (ТНТ), которое могло бы генерировать уровень энергии, эквивалентный конкретному ядерному оружию. По размеру ядерное оружие может варьироваться от невероятно маленького (менее 1 карата) до миниатюрного (от 1 до 10 каратов).

Прежде чем можно было построить простейшую атомную бомбу, изотопы природного урана необходимо было разделить методом газовой диффузии и повторить это тысячи раз. Почему это возможно и почему так много петель? Потому что оружейный уран – U-235 – отличается по массе от неоружейного изотопа U-238 аж на 3 нуклона: 238 – 235 = 3. Это довольно много: 0,0127659, или примерно 1,28%. Так вот в этом проценте или даже меньше разделение произойдет за один проход через систему разделения (не вдаваясь в подробности) - разделительная способность еще успевает "поймать", "зацепить" это в изотопы урана и работать Качество разница хоть и слабая, но работает. Для увеличения разделения этот процесс «слабо» повторяли 3–5 тысяч раз. В результате выделения накапливаются и мы получаем U-235. Боеприпас состоит из двух кусков урана, соединенных и взорвавшихся на чрезвычайно высокой скорости (1-2 километра в секунду). Два куска урана вместе образуют критическую массу. В этом случае необходимо как можно дольше сохранять уран в критическом состоянии до взрыва, иначе бомба разрушится.

Но плутоний невозможно отделить центрифугированием. Почему? А поскольку у него есть два изотопа, оружейного и неоружного качества, которые отличаются всего на один нуклон - их атомные массы соседствуют: оружейный 239 и неоружейный 240 (остальные изотопы, Pl-238, Pl-241, PL - 242, ПЛ-243 и ПЛ-244 в данной статье не рассматриваются). 1/239 = 0,0041841, или 0,42%. Промышленные «методы разделения урана» больше не «имеют смысла» из-за этой разницы. Оружейный плутоний производится синтетическим путем в специальных оружейных реакторах. Металлургия плутония — чрезвычайно сложная технология, освоить которую могут только индустриально развитые страны. Плотно отлитый плутоний всегда теплый на ощупь, достигая температуры 50-60 градусов из-за протекающих реакций. Сто грамм плутония за счет обмена веществ выделяют примерно такое же количество тепла, как сто граммов человеческого тела. Плутоний привлекателен тем, что его критическая масса может составлять 5 килограммов, а не 50 килограммов урана. 5 килограммов плутония размером примерно с спичечный коробок, он даст взрыв 20 кило-тон.

По мере приближения он начнет выделять энергию с большей скоростью, чем может помочь любая артиллерийская система. Нам нужны скорости 10-12 километров в секунду и выше. Никакая взрывчатка не сможет разогнать любой фрагмент до таких скоростей. Ускорение массы требует энергии, и чем выше ускорение массы, тем больше энергии необходимо вложить. Процесс взрыва скоротечен. И нет энергетического давления – в этом смысле химические реакции имеют свои пределы.

Но плутоний — удивительный металл во многих отношениях. Например, он имеет шесть (семь, в зависимости от того, как считать) различных фазовых состояний — больше, чем любой другой химический элемент. На каком-то этапе при нагревании он сжимается, но не расширяется, как все обычные металлы и вещества. При переходе из одной фазы в другую его плотность меняется аномально — на 25%! Более того, при 300 градусах Цельсия он проявляется в виде светлой дельта-фазы и при понижении температуры переходит в p-фазу.

Продолжение следует.